近日，中國科學技術大學化學與材料科學學院曾曉成教授（千人計劃B獲得者，美國內布拉斯加大學林肯分校Ameritas大學講座教授）研究組（組員包括材料系的王路研究員及朱重欽博士（科大0614校友)）與大連理工大學趙紀軍教授研究組合作，通過理論研究預言了一種新的氣體水合物和冰相，成果以“A new phase diagram of water under negative pressure: The rise of the lowest-density clathrate s-III”為題發表在2月12日《科學進展》(advances.sciencemag.org/content/2/2/e1501010)上。
氣體水合物是在一定的溫度、壓力條件下由水和氣體分子結合生成的類冰的、具有籠形結構的內嵌氣體分子結晶化合物。目前，人們在海底和凍土層發現了巨大的天然氣水合物儲量。據保守估計，自然界中天然氣水合物中貯存的天然氣總量約為其它化石燃料儲量總和的兩倍，是一種具有良好前景的后續清潔能源。因此，對氣體水合物的研究在能源和環境領域有著非常現實而緊迫的意義。
兩個研究組通過計算模擬發現，水分子可以形成一種新的具有立方結構的晶體，將其命名為III型氣體水合物。與已知的I型、II型和H型氣體水合物相比，這種新型氣體水合物具有較小的密度且含有較大的空腔，可以容納較大的氣體分子，如正十二面烷分子。理論計算表明，內嵌正十二面烷分子的III型氣體水合物的結構是熱力學穩定的，而不含氣體分子的空心III型氣體水合物在一定的負壓區間內也可以保持結構穩定。
縱觀已知冰相的發現簡史：冰II冰III相是在1900年德國發現的，冰IV-VII相是在1912-1937年間美國發現的，冰VIII相是在1966-1968年間加拿大發現的，冰X相是在1984年德國發現的，XI相是在1984年日本發現的，冰XII-XV相是在1998-2009年間英國發現的，最近的冰XVI相是2014年由德國科學家領導的團隊發現的。如果在未來的實驗中制備出空心III型氣體水合物，那么它將有可能成為一種新的冰相結構并作為冰XVII相的候選，從而有可能填補中國在發現新冰相史中的空白。
上述研究得到了中國科學院、國家自然科學基金委員會、教育部以及中組部千人計劃等項目的資助。
